DE10130455B4

DE10130455B4 - Heißspritzsystem für Zylinder

Info

Publication number: DE10130455B4
Application number: DE10130455A
Authority: DE
Inventors: Kenji Hamamatsu Miyai; Seiya Hamamatsu Kunioka; Tadashi Hamamatsu Takahashi; Manabu Hamamatsu Suzuki; Hirotoshi Hamamatsu Ohishi
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: US6569242B2; JP2002004024A; JP3664377B2; US20010054654A1; DE10130455A1

Abstract

Heißspritzsystem für Zylinder, bei dem der Zylinder auf einem Drehtisch aufgespannt und die Bohrungsinnenfläche des Zylinders mit einer Heißspritzpistole einem Heißspritzvorgang unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet,
dass der Zylinder rotierend angeordnet und die Heißspritzpistole bei rotierendem Zylinder innerhalb der Zylinderbohrung in axialer Richtung bewegbar ist,
dass die Saugmündung eines Staubabzugsrohres zum Absaugen von in der Zylinderbohrung enthaltenem Staub unterhalb der Zylinderbohrung angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Saugmündung des Staubabzugsrohres größer als der Durchmesser der Zylinderbohrung ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heißspritzsystem für Zylinder und insbesondere ein Heißspritzsystem für Zylinder, bei dem die Bohrungsinnenfläche eines Zylinders einem Heißspritzvorgang unterzogen wird, indem der Zylinder auf einem Drehtisch aufgespannt und eine Heißspritzpistole bei rotierendem Zylinder innerhalb der Zylinderbohrung in axialer Richtung bewegt wird.

In der Massenfertigung ist beim Heißspritzen von Zylindern die Aufbringung einer Spritzbeschichtung bei gleichzeitiger Staubabsaugung aus der Bohrung an der unteren Stirnseite mit Hilfe des Staubabzugsrohres eine wichtige Technologie zur Verhinderung eines Staubeintrags in die aufgespritzte Schicht. Wenn jedoch keine Maßnahmen gegen eine Ansammlung von Spritzablagerungen an der Anschlußvorrichtung und im Ansatzbereich des Staubabzugsrohres (Saugmündung) getroffen werden, bewirkt die an der Anschlußvorrichtung und in der Saugmündung des Staubabzugsrohres entstehende Ablagerung eine Beeinträchtigung der Beschaffenheit der auf der Zylinderinnenfläche aufgebrachten Spritzschicht oder führt zum Abplatzen der Spritzschicht.

In dem Dokument DE 37 40 498 A1 ist eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten von Oberflächen beschrieben, insbesondere zum Lichtbogenspritzen, bei der eine Spritzstaubabsaugung zwischen einer Spritzdüse und der zu beschichtenden Oberfläche vorgesehen ist.

Die Schrift JP 11001758 A offenbart ein Verfahren zur Innenbeschichtung von Zylindern, wobei ein Luftstrom an der Innnenwand des zu beschichtenden Zylinders entlang geführt wird, der unerwünschte Staubteilchen entfernt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, zur Erreichung eines kontinuierlichen Heißspritzvorgangs für Zylinder eine Saugmündungsform eines Staubabzugsrohres und konstruktive Lösungen eines Staubabzugsrohres und dessen Saugmündung zu schaffen, die weniger dazu neigen, eine Ansammlung von Spritzablagerungen entstehen zu lassen, und ein für die Massenfertigung von Zylindern geeignetes Heißspritzsystem für Zylinder zu schaffen, bei dem ein kontinuierlicher Heißspritzvorgang für Zylinder erreicht wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1; die Unteransprüche stellen zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre dar.

Entsprechend der Erfindung wird ein Heißspritzsystem für Zylinder geschaffen, bei dem
ein Zylinder auf einem Drehtisch aufgespannt wird;
eine Bohrungsinnenfläche des Zylinders einem Heißspritzvorgang unterzogen wird, indem eine Heißspritzpistole bei rotierendem Zylinder innerhalb der Zylinderbohrung in axialer Richtung bewegt wird;
unterhalb des Zylinders eine Saugmündung eines Staubabzugsrohres zur Staubabsaugung angeordnet ist, um in der Zylinderbohrung enthaltenen Staub abzusaugen und abzuleiten; und
der Saugmündungsdurchmesser des Staubabzugsrohres größer als der Innendurchmesser der Zylinderbohrung ist.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem für Zylinder wird der Strom aus Spritzflamme und Staub gleichmäßig und ohne Behinderung durch das Staubabzugsrohr abgeleitet, und die Spritzflamme wird durch das untere Ende der Zylinderbohrungsinnenfläche so abgeblockt, daß sich an der Saugmündung des Staubabzugsrohres keine Ablagerung bildet. Dadurch kommt es nicht zu einer Verschmelzung zwischen der Spritzschicht am unteren Ende der Zylinderbohrungsinnenfläche und der Spritzablagerung an der Saugmündung des Staubabzugsrohres, und beim Abnehmen eines frisch heißgespritzten Zylinders vom Staubabzugsrohr besteht nicht die Gefahr einer Beschädigung der Spritzschicht am unteren Ende der Zylinderbohrungsinnenfläche.

Vorteilhaft ist ein Winkel von 45 Grad oder weniger zwischen der Mittelachse der aus der Heißspritzpistole austretenden Spritzflamme und dem Staubabzugsrohr.

Durch dieses Merkmal wird ein Anhaften einer Spritzablagerung am Staubabzugs-rohr weitestgehend vermieden.

Somit braucht das Staubabzugsrohr nicht ausgetauscht zu werden, so daß sich ein Massenfertigungseffekt erzielen läßt, und außerdem kann eine beständige Spritzschicht ausgebildet werden.

Vorteilhaft ist auch eine Teilung des Staubabzugsrohres in einen drehbaren und einen feststehenden Teil, wobei die Lagerung des drehbaren Teils zusammen mit einem Drehtisch erfolgt und dieser drehbare Teil in den feststehenden Teil so eingesteckt wird, daß dazwischen ein Luftspalt besteht.

Durch dieses Merkmal trifft die Flamme aufgrund der Drehbewegung des Staubabzugsrohres nicht nur auf eine Stelle des Staubabzugsrohres auf. So wird ein Schmelzen des Staubabzugsrohres infolge der Einwirkung der Spritzflamme verhindert, und die Spritzablagerung an der Innenwandung des Staubabzugsrohres bildet sich in verteilter Form, so daß die Geschwindigkeit der Ablagerungsbildung gering ist und der Staubabfluß nicht behindert wird. Durch die gemeinsame Lagerung des Staubabzugsrohres mit dem Drehtisch wird ferner keine Extraenergie benötigt, um das Staubabzugsrohr in Drehbewegung zu versetzen. Da der drehbare Teil des Staubabzugsrohres so in den feststehenden Teil eingesteckt wird, daß dazwischen ein Luftspalt besteht, und kein Lager erforderlich ist, müssen ferner keine Maßnahmen zum Wärmeschutz des Lagers getroffen werden.

Vorteilhaft ist auch die Ausbildung einer rotierenden Drehtischwelle in Form eines Rohres, in welchem das Staubabzugsrohr so angeordnet wird, daß dazwischen ein Luftspalt besteht. Durch dieses Merkmal kommt es kaum zu einer Wärmeübertragung vom Staubabzugsrohr auf die rotierende Drehtischwelle, da zwischen dem Staubabzugsrohr und der rotierenden Drehtischwelle ein Luftspalt besteht, so daß keine thermische Beeinflussung des Schmierfettes für ein Lager zur Lagerung der rotierenden Drehtischwelle, der Abdichtung oder dergleichen eintritt, wodurch die Lebensdauer verbessert wird.

Vorteilhaft ist es auch, den Zylinder auf einem Werkstückträger zu befestigen, den Werkstückträger zu transportieren und auf dem Drehtisch anzubringen, den Zylinder zusammen mit dem Werkstückträger in Rotation zu versetzen, zur Führung des Werkstückträgers U-förmige Schienen parallel über dem Drehtisch so anzuordnen, daß sie vertikal bewegbar sind und auf dem Drehtisch Stifte anzubringen sowie im Werkstückträger Löcher auszubilden, so daß der Werkstückträger mit dem darauf befestigten Zylinder durch die U-förmigen Schienen geführt wird und die U-förmigen Schienen abgesenkt werden, um die im Werkstückträger ausgebildeten Löcher mit den vom Drehtisch abstehenden Nasen in Eingriff zu bringen, wodurch der Zylinder auf dem Drehtisch positioniert und arretiert wird.

Diese Merkmale gewährleisten eine einfache Konstruktion, eine hohe Wartungsfreundlichkeit und eine ausgezeichnete Lebensdauer. Überdies kann der Zylinder leicht auf dem Drehtisch positioniert und arretiert werden, und selbst wenn während der Rotationsbewegung des Drehtisches ein Energieausfall eintritt, z. B. Druckluftversorgung unterbrochen wird, löst sich der Werkstückträger nicht.

Ein erfindungsgemäßes Heißspritzsystem für Zylinder soll nachstehend anhand der anliegenden Zeichnungen näher beschrieben werden.

In den Zeichnungen zeigen:
1: eine schematische Schnittdarstellung und zeigt eine Lagebeziehung zwischen einer Zylinderbohrung und einer Spritzflamme in einem Heißspritzsystem für Zylinder;
2: eine schematische Schnittdarstellung und zeigt eine Lagebeziehung zwischen einem unteren Ende einer Zylinderbohrung und einer Saugmündung eines Staubabzugsrohres in einem Heißspritzsystem für Zylinder und einen Spritzschichtzustand in der Nähe des unteren Endes der Zylinderbohrung;
3: eine schematische Schnittdarstellung und zeigt einen Spritzschichtzustand bei gleichen Innendurchmessern von Zylinderbohrung und Saugmündung des Staubabzugsrohres in einem Heißspritzsystem für Zylinder;
4: eine schematische Schnittdarstellung und zeigt eine Lagebeziehung zwischen einem unteren Ende einer Zylinderbohrung und einer Saugmündung eines Staubabzugsrohres in einem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem für Zylinder und einen Spritzschichtzustand in der Nähe des unteren Endes der Zylinderbohrung;
5: eine schematische Schnittdarstellung und zeigt ein Beispiel eines Anschlußzustands eines unteren Endes einer Zylinderbohrung und einer Saugmündung eines Staubabzugsrohres in einem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem für Zylinder;
6: eine schematische Darstellung eines Mehrzylinderblocks, wobei 6(a) eine Seitenansicht und 6(b) eine Draufsicht ist;
7: eine schematische Schnittdarstellung und zeigt ein Beispiel eines Anschlußzustands eines Zylinders und einer Saugmündung eines Staubabzugsrohres für den Fall, daß ein erfindungsgemäßes Heißspritzsystem für Zylinder auf einen Mehrzylinderblock angewendet wird;
8: eine schematische Schnittdarstellung und zeigt ein weiteres Beispiel eines Anschlußzustands eines Zylinders und einer Saugmündung eines Staubabzugsrohres für den Fall, daß ein erfindungsgemäßes Heißspritzsystem für Zylinder auf einen Mehrzylinderblock angewendet wird;
9: ein Diagramm und stellt ein Meßergebnis für eine Beziehung zwischen dem Spritzwinkel und der bei Einsatz eines Heißspritzsystems für Zylinder erzielten Spritzschichtdicke dar;
10: eine schematische Schnittdarstellung und zeigt einen Spritzzustand zur Erläuterung des Diagramms in 9;
11: eine schematische Darstellung und zeigt eine Beziehung zwischen einem unteren Ende einer Zylinderbohrung, einer Saugmündung eines Staubabzugsrohres und der Spritzflamme in einem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem;
12: eine schematische Darstellung und zeigt eine Beziehung zwischen der Spritzflamme, einem unteren Ende einer Zylinderbohrung und einer Saugmündung eines Staubabzugsrohres für den Fall, daß bei einem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem der Spritzwinkel 90 Grad beträgt;
13: eine schematische Darstellung und zeigt eine Beziehung zwischen der Spritzflamme, einem unteren Ende einer Zylinderbohrung und einer Saugmündung eines Staubabzugsrohres für den Fall, daß bei einem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem der Spritzwinkel 90 Grad beträgt;
14: eine schematische Schnittdarstellung und zeigt verschiedene Ausführungen der Anschlußkonstruktion für den Fall, daß bei einem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem ein Staubabzugsrohr aus einem drehbaren Teil und einem feststehenden Teil besteht, wobei die 14(a), 14(b) und 14(c) jeweils eine dieser Ausführungen darstellen;
15: eine schematische Schnittdarstellung und zeigt einen Anschlußzustand eines drehbaren Teils des Staubabzugsrohres und eines Drehtisches in einem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem;
16: eine Schnittdarstellung und zeigt eine Beziehung zwischen einer rotierenden Drehtischwelle und einem Staubabzugsrohr in einem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem; 17: eine Draufsicht und zeigt einen Mechanismus zum Positionieren und Arretieren eines Werkstückträgers zum Zylindertransport auf einem Drehtisch in einem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem;
18: eine Seitenansicht und zeigt einen Mechanismus zum Positionieren und Arretieren eines Werkstückträgers zum Zylindertransport auf einem Drehtisch in einem erfindungsgemäßen Heißspritzsystem; und
19: ein Fließdiagramm und zeigt einen Fertigungsprozeß für einen Zylinder, der einem Heißspritzvorgang unter Anwendung des erfindungsgemäßen Heißspritzsystems für Zylinder unterzogen wird.
Wie 1 zeigt, gelangt beim Heißspritzen eines Zylinders zur Aufbringung einer Spritzschicht von gegebener Dicke auf der Innenwandungsfläche eines Zylinders 2 die aus einer Heißspritzpistole 1 austretende Flamme 1a unter eine untere Stirnseite 2a des Zylinders 2. Wenn nun, wie in 2 dargestellt, ein Innendurchmesser d einer Saugmündung 5 eines Staubabzugsrohres 4 kleiner als der Innendurchmesser D einer Zylinderbohrung 3 ist, wird der Strom aus der Spritzflamme 1a nach erfolgter Heißspritzung einer Zylinderbohrungsinnenfläche 3a und Staub durch die Saugmündung 5 behindert, so daß ein Rückspritzen 6 auftritt, was zu einer turbulenten Strömung in der Bohrung 3 führt. Dabei kommt es zu einem Staubeintrag in eine auf die Zylinderbohrungsinnenfläche 3a aufgebrachte Spritzschicht 7, so daß die Beschaffenheit der Schicht beeinträchtigt wird.
Außerdem sammelt sich die Schicht 7 auf der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres 4 an, und diese Ansammlung 7 nimmt zu und fließt schließlich mit der Schicht 7 an der Zylinderbohrungsinnenfläche 3a zusammen. Dadurch platzt beim Abnehmen des Zylinders 2 die Schicht 7 ab. Wie 3 zeigt, kommt es auch dann zum Zusammenfließen der Schicht 7, wenn der Durchmesser d der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres gleich dem Innendurchmesser D der Zylinderbohrung 3 ist. Um ein Zusammenfließen der Schicht 7 zu verhindern, muß daher, wie in 4 dargestellt, der Durchmesser d der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres größer als der Innendurchmesser D der Zylinderbohrung 3 gewählt werden.
Beim Heißspritzvorgang ist die Ansammlung der Schicht 7 auf der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres 4 unvermeidlich. Es wurde jedoch festgestellt, daß durch Überlegungen hinsichtlich der Form der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres in bezug auf die Spritzflamme 1a die Ansammlung der Schicht 7 mengenmäßig verringert und das Haftvermögen geschwächt werden kann, wodurch das Heißspritzsystem in der Massenfertigung einsetzbar ist.
Wie 5 zeigt, wird vorzugsweise ein Zylinderbund 8 in das Staubabzugsrohr 4 eingesteckt. Die Einstecklänge 9 kann etwa 10 mm betragen. Bei zu geringer Einstecklänge 9 nimmt die Staubabsaugkraft in der Zylinderbohrung 3 ab, es sei denn, ein Abstand 10 zwischen dem Innendurchmesser des Staubabzugsrohres 4 und der äußeren Begrenzung des Zylinderbundes 8 ist sehr klein. Bei zu großer Einstecklänge 9 wird ferner der Vorschub des Zylinders 2 oder des Staubabzugsrohres 4 größer, so daß Energie vergeudet wird.
Das Einstecken des Zylinderbundes 8 in das Staubabzugsrohr 4 ist jedoch nur bei einer weniger häufig anzutreffenden Art von Motor mit einem einzigen vom Kurbelgehäuse getrennten Zylinder möglich. Bei einem vom Kurbelgehäuse getrennten Mehrzylinderblock 11, wie in 6 dargestellt, sind die Zylinderbünde 12 miteinander verbunden, so daß die Zylinder nicht einzeln in das Staubabzugsrohr 4 eingesteckt werden können.
Bei einem solchen Zylinderblock 11 kann das Staubabzugsrohr 4, wie in 7 dargestellt, an eine untere Zylinderstirnseite 11a angesetzt werden, ohne in den Bund 12 eingesteckt zu werden, oder in geringfügigem Abstand von der unteren Zylinderstirnseite 11a angeordnet werden. Der Abstand zwischen dem Staubabzugsrohr 4 und der unteren Zylinderstirnseite 11a unterliegt keiner Einschränkung, da er sich nach der Leistung eines Staubabscheiders richtet. Vorzugsweise sollte er jedoch etwa 1 mm betragen. Bei zu großem Abstand zwischen dem Staubabzugsrohr 4 und der unteren Zylinderstirnseite 11a kann die in der Zylinderbohrung erforderliche Saugkraft nicht erreicht werden, oder es kommt zu einem Austritt von Heißspritzstaub und dadurch bedingt zu Verschleißerscheinungen.
In 9 ist ein Meßergebnis für eine Beziehung zwischen Schichtdicke und Spritzwinkel dargestellt. Aus diesem Diagramm wird ersichtlich, daß die Schichtdicke sprunghaft abnimmt, wenn der Spritzwinkel 45 Grad beträgt oder kleiner wird. Die Spritzflamme 1a hat zwar eine Ausbreitung in einem bestimmten Winkel, aber wenn ein Winkel θ (siehe 10), den die Mittelachse 14 der Spritzflamme 1a mit der Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres bildet, kleiner als 45 Grad ist, wird die Ablagerung der Spritzschicht 7 geringer.
Es stehen drei Typen von Bohrungsspritzpistolen 1 zur Verfügung, aus denen die Spritzflamme 1a in einem Winkel θ₁ (siehe 11) von 45, 60 bzw. 90 Grad austritt. Für jeden dieser drei Typen werden Untersuchungen für den Fall angestellt, daß der Zylinderbund 8 in das Staubabzugsrohr 4 eingesteckt wird, sowie für den Fall, daß er nicht in das Staubabzugsrohr 4 eingesteckt wird.
11 zeigt eine Lagebeziehung zwischen dem Austrittswinkel θ₁ der Spritzflamme 1a und einem Winkel θ₂, den die untere Zylinderstirnseite 11a mit der Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres bildet.
Wenn im Falle eines Austrittswinkels θ₁ der Spritzflamme 1a von 45 Grad der Winkel θ₂ (siehe 11), den die untere Zylinderstirnseite 11a mit der Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres bildet, 90 Grad oder kleiner ist, läßt sich ein gutes Ergebnis erzielen. Ist der Winkel θ₂ 45 Grad, so beträgt der Winkel θ₁ den die Mittelachse 14 der Spritzflamme 1a mit der Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres bildet, 0 Grad, das heißt, die Mittelachse 14 der Spritzflamme 1a verläuft parallel zur Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres, so daß sich kaum eine Schicht 7 bildet. Ist der Winkel θ₂ kleiner als 45 Grad, so kommt es nicht zu einer Berührung der Mittelachse 14 der Spritzflamme 1a mit der Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres, so daß gar keine Schicht 7 gebildet wird. Deshalb sollte der Winkel θ₂, den die untere Zylinderstirnseite 11a mit der Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres bildet, vorzugsweise im Bereich 0° ≤ θ₂ ≤ 90° und am günstigsten im Bereich 0° ≤ θ₂ ≤ 45° liegen.
Wenn im Falle eines Austrittswinkels θ₁ der Spritzflamme 1a von 60 Grad der Winkel θ₂, den die untere Zylinderstirnseite 11a mit der Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres bildet, 75 Grad oder kleiner ist, läßt sich ein gutes Ergebnis erzielen. Ist der Winkel θ₂ 30 Grad oder kleiner, so verläuft die Mittelachse 14 der Spritzflamme 1a parallel zur Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres oder berührt diese nicht, so daß keine Schicht 7 gebildet wird. Deshalb sollte der Winkel θ₂, den die untere Zylinderstirnseite 11a mit der Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres bildet, vorzugsweise im Bereich 0° ≤ θ₂ ≤ 75° und am günstigsten im Bereich 0° ≤ θ₂ ≤ 30° liegen.
Wenn im Falle eines Austrittswinkels θ₁ der Spritzflamme 1a von 90 Grad der Winkel θ₂, den die untere Zylinderstirnseite 11a mit der Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres bildet, 45 Grad oder kleiner ist, läßt sich ein gutes Ergebnis erzielen. Um zu erreichen, daß die Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres parallel zur Spritzflamme 1a verläuft, wie in den Fällen der anderen Pistolentypen, muß das Staubabzugsrohr so gestaltet werden, daß die Saugmündung 15 parallel zur unteren Zylinderstirnseite 11a verläuft (12).
Der Winkel θ₂, den die untere Zylinderstirnseite 11a mit der Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres bildet, ist im wesentlichen der gleiche wie im ersteren Fall, bei dem der Zylinderbund 8 in das Staubabzugsrohr 4 eingesteckt wird. Im Falle eines Austrittswinkels θ₁ der Spritzflamme 1a von 90 Grad muß, damit die Innenfläche 15 der Saugmündung 5 des Staubabzugsrohres parallel zur Mittelachse 14 der Spritzflamme 1a verläuft, das Staubabzugsrohr 4 so gestaltet werden, daß die Saugmündung 15 parallel zur unteren Zylinderstirnseite 11a verläuft. In diesem Fall kommt es je nach der Blechdicke oder der Endform des Staubabzugsrohres 4 zu einem unerwünschten Anhaften der Schicht 7 am Endstück des Staubabzugsrohres 4. Wie 13 zeigt, sollte deshalb in diesem Fall das Endstück 23 des Staubabzugsrohres 4 vorzugsweise einen Fasenwinkel θ₃ von ≤ 45° aufweisen.
Wenn das Heißspritzen eines Zylinders bei sich drehendem Zylinder mittels Drehtisch erfolgt, und nicht bei rotierender Heißspritzpistole, und sofern das Staubabzugsrohr nicht rotiert, trifft die Spritzflamme immer nur auf die gleiche Stelle des Staubabzugsrohres auf, so daß das Staubabzugsrohr heiß wird und schmilzt, oder es bildet sich infolge erheblicher Spritzablagerungen eine Verengung, die den Luftstrom behindert und dadurch im Staubabzugsrohr eine turbulente Strömung erzeugt, wodurch die Beschaffenheit der Spritzschicht beeinträchtigt wird. Deshalb muß das Staubabzugsrohr in Rotation versetzt werden.
Da das Staubabzugsrohr jedoch an den Staubabscheider oder einen Sauglüfter angeschlossen werden muß, benötigt es auch einen Teil, der nicht rotiert.
Daher setzt sich das Staubabzugsrohr 4 vorzugsweise aus zwei verschiedenen Teilen zusammen, einem drehbaren Teil 17, der mit der Spritzflamme 1a in Berührung kommt, und einem feststehenden Teil 18, der an den Staubabscheider o.ä. angeschlossen wird.
14 zeigt für diesen Fall Anschlußkonstruktionen des drehbaren Teils 17 und des feststehenden Teils 18.
14(a) zeigt einen Fall, bei dem der Rohrdurchmesser eines unteren Endstücks 17a des drehbaren Teils 17 größer als der eines oberen Endstücks 18a des feststehenden Teils 18 ist. In diesem Fall nimmt die Saugkraft nicht ab, aber die Flamme 1a wandert manchmal beim Auftreffen auf eine Innenfläche 17a des drehbaren Teils 17 an der Innenfläche 17a abwärts und gelangt dabei durch einen Zwischenraum 19 zwischen dem unteren Endstück 17a des drehbaren Teils 17 und dem oberen Endstück 18a des feststehenden Teils 18 teilweise nach außen. Dies führt zum Zusetzen des Zwischenraums mit Spritzpulver oder Spritzschicht 7, so daß die Drehbewegung des drehbaren Teils 17 des Staubabzugsrohres 4 behindert werden kann.
14(b) zeigt den Fall, bei dem der Rohrdurchmesser des unteren Endstücks 17a des drehbaren Teils 17 kleiner als der des oberen Endstücks 18a des feststehenden Teils 18 ist. In diesem Fall gelangt die Spritzflamme 1a nicht aus dem Rohr heraus nach außen, aber es besteht die Gefahr, daß durch den Zwischenraum 19 zwischen dem unteren Endstück 17a des drehbaren Teils 17 und dem oberen Endstück 18a des feststehenden Teils 18 Außenluft eingesaugt wird, so daß die Saugkraft abnehmen kann.
14(c) zeigt den Fall, bei dem in Anbetracht der obigen Probleme am unteren Endstück 17a des drehbaren Teils 17 eine Nut 21 ausgebildet ist und das obere Endstück 18a des feststehenden Teils 18 mit Spiel in die Nut 21 eingepaßt wird. Wird die Nut nicht am drehbaren Teil 17 ausgebildet, sondern am oberen Endstück 18a des feststehenden Teils 18, so trifft die Spritzflamme 1a auf die Nut und bildet darin eine Ablagerung. Deshalb sollte die Nut vorzugsweise am drehbaren Teil 17 ausgebildet werden.
Obgleich in 14 zwischen dem unteren Endstück 17a des drehbaren Teils 17 und dem oberen Endstück 18a des feststehenden Teils 18 ein Zwischenraum 19 vorgesehen ist, kann dazwischen auch ein Lager oder ein sonstiges Antriebselement angeordnet sein. In den in 14(a) und (b) dargestellten Fällen kann jedoch das Lager oder sonstige Antriebselement dem Spritzstaub ausgesetzt sein und ist der Wärme ausgesetzt. Deshalb sollte der Zwischenraum 19 vorzugsweise ohne Lager oder sonstige Antriebselemente vorgesehen werden.
Des weiteren können verschiedene Verfahrensweisen genutzt werden, um den drehbaren Teil 17 des Staubabzugsrohres 4 in Rotation zu versetzen, wobei jedoch eine solche Weise zu bevorzugen ist, bei der, wie in 15 dargestellt, ein Arm vom Drehtisch 22 nach oben ragt und der drehbare Teil 17 vom äußersten Ende des Arms 20 dicht anliegend gehalten wird, so daß der drehbare Teil 17 unter Nutzung der Drehbewegung des Drehtisches 22 mitgedreht wird.
Ferner ist damit zu rechnen, daß die Temperatur des feststehenden Teils 18 des Staubabzugsrohres 4 durch den an der Innenfläche entlangströmenden heißen Staub erhöht ist. Deshalb sollte vorzugsweise, wie in 16 dargestellt, eine rotierende Welle 39 für den Drehtisch 22 zylinderförmig ausgebildet sein und das Staubabzugsrohr 4 innerhalb der rotierenden Welle 39 angeordnet werden, wobei zwischen dem Staubabzugsrohr 4 und der rotierenden Welle 39 ein Luftspalt 38 besteht.
Konkret ist der Drehtisch 22 ringförmig ausgebildet (mit einem Loch in der Mitte), und das Staubabzugsrohr 4 ist im Drehmittelpunkt so angeordnet, daß zwischen dem Drehtisch 22 und dem Staubabzugsrohr 4 der Luftspalt 38 besteht. Da das Staubabzugsrohr 4 durch die Ableitung des beim Heißspritzvorgang erhitzten Staubes einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, würde die Wärme, wenn das Staubabzugsrohr 4 die rotierende Drehtischwelle 39 berührt, vom Staubabzugsrohr 4 auf die rotierende Welle 39 übertragen, was eine beschleunigte Schädigung von Lagerfett oder Dichtungsmaterial 40 zur Isolierung einer Luftzuführung/-abführung am äußeren Umfang der rotierenden Drehtischwelle 39 zur Folge hätte.
Die in 16 dargestellte rotierende Welle 39 für den Drehtisch 22 stützt sich über ein Lager 47 auf dem Rahmen 48 ab und ist dadurch drehbar gelagert. Die rotierende Welle 39 ist mit einer Riemenscheibe 49 versehen, und die Riemenscheibe 49 ist über einen Riemen 42 und eine Riemenscheibe 50 mit einer Antriebswelle 36a eines Motors 36 verbunden.
Wenn das Heißspritzen von Zylindern unter Verwendung des Drehtisches 22 in Massenfertigung erfolgt, müssen die nacheinander im Fließprozeß zugeführten Zylinder genau positioniert und zuverlässig aufgespannt werden. 17 und 18 zeigen einen Mechanismus zum Positionieren/Aufspannen von Zylindern.
Auf dem Drehtisch 22 sind jeweils gegenüber vom Staubabzugsrohr 4 zwei nach oben herausstehende Positionierstifte 32 an Positionen in einer Richtung rechtwinklig zur Zylinderübergaberichtung (in 17 durch einen Pfeil gekennzeichnet) angeordnet. Weiterhin befinden sich auf der Oberseite des Drehtisches 22 jeweils gegenüber vom Staubabzugsrohr 4 zwei in Zylinderübergaberichtung angeordnete Zylinder 34, und an den Kolbenstangen der Luftzylinder 34 sind in Zylinderübergaberichtung verlaufende U-förmige Schienen 33 befestigt. Die Schienen 33 haben einen U-förmigen Querschnitt, so daß ein Werkstückträger auf beiden Seiten durch die Schienen 33 festgehalten werden kann.
Der Rahmen 48 ist andererseits jeweils gegenüber vom Drehtisch 22 mit Werkstückträgerzuführungsrollen 28 und Werkstückträgerabführungsrollen 29 versehen. Die Führungsrollen 28 und 29 sind für den Werkstückträgertransport mit mehreren parallel angeordneten Rollen vorgesehen, was allerdings aus den Zeichnungen nicht deutlich ersichtlich ist.
Ferner befindet sich neben den Werkstückträgerzuführungsrollen 28 und den Werkstückträgerabführungsrollen 29 ein Führungsglied 24b, das einen Tisch 24a eines Roboters 24 zum Bewegen von Werkstückträgern zwischen Positionen hin- und herbewegt, die den Führungsrollen 28 und 29 entsprechen, und der Tisch 24a wird durch einen Motor 24c am Führungsglied 24c entlanggefahren. Der Tisch 24a verfügt weiterhin über eine Verbindungsstange 24d, deren äußerstes Ende vertikal beweglich ist.
Ein Zylinder 44 wird über eine Zylinderhalterung 43 auf einen Werkstückträger 26 für Zylindertransport aufgesetzt, und der Werkstückträger 26 wird auf die Werkstückträgerzuführungsrollen 28 gesetzt. Der Werkstückträger 26 wird durch Absenken des äußersten Endes der Verbindungsstange 24d mit dem Tisch 24a des Roboters 24 in Eingriff gebracht und durch Betätigung des Motors 24c an die U-förmigen Schienen 33 übergeben.
Der an die U-förmigen Schienen 33 übergebene Werkstückträger 26 wird durch Betätigung der Luftzylinder 34 abgesenkt und positioniert, indem die im Werkstückträger 26 ausgebildeten Positionierlöcher 45 mit den Positionierstiften 32 in Übereinstimmung werden. Die Positionierlöcher 45 des Werkstückträgers sind so ausgebildet, daß sie den Bohrungen 44a des Zylinders 44 entsprechen.
Somit kann die Positionierung mit hoher Genauigkeit erfolgen. Dadurch kann selbst bei kleinem Innendurchmesser der Zylinderbohrung 44a eine Heißspritzpistole 30 positioniert werden, ohne die Wandungsfläche der Bohrung 44a zu berühren.
Bei diesem Mechanismus zur Positionierung von Zylindern ist weiterhin im Drehtisch 22 eine Keilnut 41 ausgebildet, damit der Drehtisch 22 stets an einer vorbestimmten Stelle stehenbleibt, und am Umfang des Drehtisches 22 ist ein Keil 35 zur Bestimmung der Drehtischhaltestelle angeordnet.
Somit bleibt der Drehtisch 22 durch Einrücken des Keils 35 in die am Drehtisch 22 ausgebildete Keilnut 41 stets an der vorbestimmten Stelle stehen.
Dadurch werden die Zylinderbohrungen 44a auf dem Drehtisch 22 stets in Zylinderübergaberichtung positioniert, und die Bohrung 44a läßt sich durch bloßes Weiterrücken des Werkstückträgers 26 um einen Bohrungsabstand leicht positionieren. Da der Drehtisch 22 in horizontaler Ebene rotiert, sind ferner der Zylinder 44 und der Werkstückträger 26 infolge der Fliehkraft einer Querkraft ausgesetzt. Die Querkraft des Zylinders 44 wird jedoch durch die in den Werkstückträger 26 eingreifenden Positionierstifte 32 eingeschränkt. Da der positionierte Werkstückträger 26 ferner in den U-förmigen Schienen 33 anliegt, wird auch die vertikale Bewegung eingeschränkt.
Die stärkste Beanspruchung durch die Aufspannung des Werkstückträgers 26 erfährt der Positionierstift 32 auf dem Drehtisch 22. Da sich die Lebensdauer durch die Stiftdicke verändern läßt und der Stift leicht ausgewechselt werden kann, sind sowohl die Lebensdauer als auch die Wartungsfreundlichkeit ausreichend.
In 17 (und 18) bezeichnet die Positionsnummer 25 einen Roboter zum Bewegen der Heißspritzpistole 30. Der Roboter 25 hält die Heißspritzpistole 30 über dem Mittelpunkt des Drehtisches 22 und bewegt die Heißspritzpistole 30 in vertikaler Richtung.
Nach Beendigung des Heißspritzvorgangs für den Zylinder 44 wird der Werkstückträger 26 für den Zylinder 44 durch den Motor 24c an die Werkstückträgerabführungsrollen 29 übergeben.
Der Fertigungsablauf für einen Zylinder, der einem Heißspritzvorgang unter Verwendung des oben beschriebenen Heißspritzsystems für Zylinder unterzogen wird, soll nachstehend anhand eines in 19 dargestellten Fließdiagramms erläutert werden.
Zuerst wird der Zylinder 44 im Anschluß an das Putzstrahlen auf den Werkstückträger 26 aufgesetzt (Schritt 101). Der Zylinder 44 wird hierbei so aufgesetzt, daß seine Bohrungen 44a in Zylinderübergaberichtung angeordnet und ausgerichtet sind. Die Ausführung erfolgt so, daß beim Aufsetzen des Zylinders 44 die Bohrungen 44a des Zylinders 44 mit den im Werkstückträger 26 ausgebildeten Löchern 45 übereinstimmen.
Als nächstes wird der Werkstückträger 26 zum Zylindertransport auf die Werkstückträgerzuführungsrollen 28 gesetzt (Schritt 102).
Anschließend wird der Verbindungshebel 24d vom Tisch 24a des Roboters 24 zum Bewegen von Werkstückträgern abgesenkt, um den Tisch 24a mittels einer Verbindungshebeleinrastvorrichtung 26a an den Werkstückträger 26 zu koppeln (Schritt 103).
Als nächstes wird durch Betätigung des Motors 24c der Werkstückträger 26 durch die U-förmigen Schienen 33 über dem Drehtisch 22 an eine Spritzposition für das Heißspritzen eines Zylinders gefahren (Schritt 104). Die Spritzposition ist eine Position, in welcher der Mittelpunkt der für das Heißspritzen vorgesehenen Zylinderbohrung mit dem Drehmittelpunkt des Drehtisches 22 übereinstimmt.
Anschließend wird der Werkstückträger 26 zusammen mit den U-förmigen Schienen 33 abgesenkt, und die Positionierstifte 32 auf dem Drehtisch 22 sowie der drehbare Teil 17 des Staubabzugsrohres 4 in der Mitte des Drehtisches 22 werden in Eingriff gebracht, wodurch der Werkstückträger 26 aufgespannt ist (Schritt 105). Dadurch werden das Staubabzugsrohr 4, der Werkstückträger 26 und die Zylinderbohrung 44a zu einem im wesentlichen durchgehenden Rohr miteinander verbunden. Während des Heißspritzvorgangs wird der Spritzstaub durch den Betrieb eines an das Staubabzugsrohr 4 angeschlossenen Staubabscheiders 27 wirksam abgesaugt, so daß kein Staub verstreut wird.
Als nächstes wird die mit dem Werkstückträger 26 in Eingriff gebrachte Verbindungsstange 24d angehoben, um den Werkstückträger 26 vom Roboter 24 zum Bewegen von Werkstückträgern zu lösen (Schritt 106). Durch dieses Lösen können der Drehtisch 22 und der Werkstückträger 26 unabhängig vom Roboter 24 gedreht werden.
Danach wird der Keil 35 zur Bestimmung der Drehtischhaltestelle aus dem Drehtisch 22 ausgerückt (Schritt 107).
Als nächstes wird der Werkstückträger 26 zusammen mit dem Drehtisch 22 in Drehbewegung versetzt (Schritt 108). Dabei wird die vertikale Bewegung des Werkstückträgers 26 durch die U-förmigen Schienen 33 und die Querbewegung durch die Positionierstifte 32 eingeschränkt. Auf diese Weise ist der Werkstückträger 26 fest aufgespannt, so daß selbst bei der Rotation eines 20 kg schweren Zylinders für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb bei einer Drehzahl von 100 min^–1 der Zylinder 44 und der Werkstückträger 26 nicht abgeschleudert wurden.
Anschließend wird die am Roboter 25 zum Bewegen der Heißspritzpistole befestigte Bohrungsspritzpistole 30 an eine Position für das Heißspritzen des rotierenden Zylinders gefahren, wodurch der Heißspritzvorgang eingeleitet wird (Schritt 110). Während des Heißspritzvorgangs wird der Staub in der Bohrung kontinuierlich durch den Staubabscheider 27 entfernt.
Nach Beendigung des Heißspritzvorgangs (Schritt 111) wird die Bohrungsspritzpistole 30 durch den Roboter 25 zum Bewegen der Heißspritzpistole an eine Rückzugposition gefahren, und der Drehtisch 22 wird angehalten (Schritt 113). Beim Anhalten des Drehtisches wird der Keil 35 zur Bestimmung der Drehtischhaltestelle eingerückt, so daß der Drehtisch 22 stets in der gleichen Ausrichtungsstellung zum Stillstand kommt (Schritt 114). Dementsprechend zeigt auch der auf dem Drehtisch 22 positionierte Werkstückträger 26 stets in die gleiche Richtung. So kann der vom Roboter 24 zum Bewegen von Werkstückträgern abstehende Verbindungshebel 24d in die Verbindungshebeleinrastvorrichtung 26a am Werkstückträger 26 eingeführt werden.
Als nächstes wird der Werkstückträger 26 zusammen mit den U-förmigen Schienen 33 angehoben und von den Positionierstiften 32 und dem drehbaren Teil 17 des Staubabzugsrohres 4 gelöst, so daß der Werkstückträger 26 gelöst ist (Schritt 115).
Nun wird beurteilt, ob an dem auf den Werkstückträger 26 aufgesetzten Zylinder 44 noch eine Bohrung heißzuspritzen ist oder nicht, das heißt, ob das Heißspritzen aller Zylinderbohrungen abgeschlossen ist oder nicht (Schritt 116). Wenn die Antwort auf diese Frage Nein lautet, rückt der Roboter 24 zum Bewegen von Werkstückträgern den Werkstückträger 26 so weiter, daß die nächste heißzuspritzende Bohrung auf dem Drehmittelpunkt zu liegen kommt, und spannt ihn (Schritt 103). Der oben beschriebene Vorgang wird wiederholt.
Auf diese Weise werden die Bohrungen nacheinander einem Heißspritzvorgang unterzogen.
Nachdem das Heißspritzen aller Bohrungen beendet ist, wird der Werkstückträger 26 gelöst.
Der Werkstückträger 26 wird am Roboter 24 zum Bewegen von Werkstückträgern angeschlossen (Schritt 117) und zu den Werkstückträgerabführungsrollen 29 gefahren (Schritt 118).
Im Anschluß daran kommt der nächste Werkstückträger für das Heißspritzen eines Zylinders an die Reihe.

Bei dem oben beschriebenen Heißspritzvorgang für einen Zylinder wurde die Haftung am Staubabzugsrohr untersucht. In einem Versuch wurde die Haftung für den Fall bestimmt, daß der einzelne Zylinderbund in das Staubabzugsrohr eingesteckt wird, sowie für den Fall, daß der Innendurchmesser eines zylindrischen Staubabzugsrohres gleich dem Innendurchmesser des Zylinders ist.

Versuchsbedingungen:
Heißspritzverfahren	Plasmaheißspritzen
Spritzwinkel	45 Grad
Speisestrom	800 A
Hauptgasvolumenstrom (Ar)	56,8 l/min
Hilfsgasvolumenstrom (He)	7,6 l/min
Gasvolumenstrom für die Pulverzufuhr (Ar)	5,3 l/min
Bei einem Vorgang erzielte Schichtdicke	200 μm
Zahl der heißgespritzten Zylinder	12

An dem in diesem Beispiel verwendeten Staubabzugsrohr bildete sich kaum eine Ablagerung. Die Schicht war außerdem fest und wies kaum Poren auf. Beim Heißspritzen der zwölf Zylinder erfüllte der Mechanismus zur Zylinderpositionierung und -aufspannung die Funktion zufriedenstellend.
In dem Fall, wo für den fünften Zylinder ein zylindrisches Staubabzugsrohr verwendet wurde, dessen Innendurchmesser gleich dem Innendurchmesser des Zylinders war, kam es hingegen zu einem Zusammenfließen der Ablagerung am Staubabzugsrohr mit der Schicht am Zylinder, so daß beim Abnehmen des Zylinders die Schicht abplatzte.
Aus dem obigen Ergebnis wird ersichtlich, daß die Form des Staubabzugsrohres Einfluß auf die Beschaffenheit der Schicht hat. Ferner hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung des erfindungsgemäßen Staubabzugsrohres die sich am Staubabzugsrohr bildende Ablagerung geringer wird, wodurch das Staubabzugsrohr nicht ausgetauscht werden muß, so daß sich ein Massenfertigungseffekterzielen läßt und außerdem eine beständige Schicht ausgebildet werden kann.

Claims

Heißspritzsystem für Zylinder, bei dem der Zylinder auf einem Drehtisch aufgespannt und die Bohrungsinnenfläche des Zylinders mit einer Heißspritzpistole einem Heißspritzvorgang unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder rotierend angeordnet und die Heißspritzpistole bei rotierendem Zylinder innerhalb der Zylinderbohrung in axialer Richtung bewegbar ist, dass die Saugmündung eines Staubabzugsrohres zum Absaugen von in der Zylinderbohrung enthaltenem Staub unterhalb der Zylinderbohrung angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Saugmündung des Staubabzugsrohres größer als der Durchmesser der Zylinderbohrung ist.
Heißspritzsystem für Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen der Mittelachse der aus der Heißspritzpistole austretenden Spritzflamme und dem Staubabzugsrohr 45 Grad oder weniger beträgt.
Heißspritzsystem für Zylinder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Staubabzugsrohr aus einem drehbaren Teil und einem feststehenden Teil zusammengesetzt ist und der drehbare Teil zusammen mit dem Drehtisch gelagert ist und in den feststehenden Teil mit einem Luftspalt dazwischen eingesteckt ist.
Heißspritzsystem für Zylinder einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine rotierende Drehtischwelle in Form eines Rohres ausgebildet ist und das Staubabzugsrohr in der rotierenden Welle mit einem Luftspalt dazwischen angeordnet ist.
Heißspritzsystem für Zylinder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zylinder auf einem Werkstückträger befestigt ist und der Werkstückträger transportabel und auf dem Drehtisch aufspannbar gestaltet ist, – der Zylinder zusammen mit dem Werkstückträger rotierend angeordnet ist, – zur Führung des Werkstückträgers U-förmige Schienen parallel über dem Drehtisch so angeordnet sind, daß sie vertikal bewegbar sind, – auf dem Drehtisch Stifte angebracht sowie im Werkstückträger Löcher ausgebildet sind, – der Werkstückträger mit dem darauf befestigten Zylinder durch die U-förmigen Schienen führbar ist und die U-förmigen Schienen absenkbar sind, – die im Werkstückträger ausgebildeten Löcher mit den vom Drehtisch abstehenden Nasen in Eingriff bringbar sind, wodurch der Zylinder auf dem Drehtisch positionier- und arretierbar ist.